光子怎样诞生，如何达到光速，到底有没有质量？

常常有人对光速很疑惑：速度那么快，是如何达到的呢？是慢慢越来越快，还是突然就那么快呢？今天我们来讨论一下这个问题，看看是不是能让大家明白。

光速是光子运动的本子属性。

上世纪初叶，爱因斯坦就认识到光速是宇宙中物质运动的最快速度，并且以此为基础，创立了狭义相对论和广义相对论。因此真空光速是狭义相对论最重要的前提，没有这个前提，就没有狭义相对论；广义相对论是在狭义相对论基础上对宇宙更深入的理解，其基础是引力场论，即有关引力导致时空弯曲的理论，光速依然是最重要的常量。

开始对光速以及有光速引导出来的相对论，很多人不理解也不相信，后来无数的观测事实和实验试验验证了爱因斯坦理论的精确性，科学家们信了，世界上越来越多的人相信了，从此狭义相对论和广义相对论成为现代物理学的基石之一，另一块基石是量子力学。

但是到了今天，还有许多人质疑光速和相对论。比如光为什么能够有这么高的速度呢？它是如何达到的呢？这是很多人都想弄清楚的问题，觉得不弄清楚这个，似乎光速就依然是个谜。

其实这个问题异常简单，答案就是一句话：光速是光子本身的基本属性。要在进一步解释的话，就是光线是由一堆光子组成，是由光子组成的能量流，而光速是光子的本子属性，它一出生，就是这个速度，不需要“达到”。

那么光子为什么一出生就是这个速度呢？

这是因为光子没有静止质量，因此它就静不下来。这个世界上凡没有静止质量的物质，运动速度都是真空光速，比如引力波速度也是光速。真空光速的准确值为c=299792458m/s（米/秒）。这个速度可不是瞎子估水一担两桶猜出来的，而是经过科学家三百多年前赴后继的测量得出的，后来为了得到一个整数值，又通过国际度量衡大会，修改了米的定义，将米（m）的长度定义为光在真空中运动1/299792458s的长度，这样真空光速和米的尺度就相互印证，更为精准了。

光子没有静质量，但有能量和相对论质量。所谓相对论质量就是动质量，光子的能量遵循爱因斯坦质能方程，即E=mc^2=hv，由此可计算出光子动量为m=hv/c^2。这里E为能量，m为光子质量上限，c为光速，h为普朗克常数，v为任意电磁波频率。

光的波长越长，频率越低，能量越小；反之，波长越短，频率越高，能量越大。根据这个公式，我们可以计算出可见光中段500nm波长的绿光，其频率约6*10^14Hz，光子质量约为4.4*10^-36kg；而波长约3*10^-16m，频率约10^24Hz的γ射线，光子动量则约为7.4*10^-27Kgm/s。由此可见，光子的动质量是与能量成正比，与波长成反比的，也就是说波长越短，频率越高，动质量越大。

但光子的运动速度与能量无关，都是一样的。

所有波段的电磁波都是以光子为媒介传输的，因此光就是电磁波。电磁波能量从低到高，由无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线等不同波段和频率的波谱组成，可见光只在其中占有大概在380~760nm之间这么一小段，其余的电磁波都是肉眼不可见，但通过各种设备仪器能够侦测到的，也可把这些波段的电磁波称为不可见光波。

这些不同能量的电磁波，其运动速度是一样的，如我们点一支蜡烛发出的光，太阳发出的光，还有看不见的X光、γ光，速度都是一样的，每秒约30万千米。只是频率不一样，动质量也不一样。频率越高由于能量越强，动质量越大，对人体等生物的伤害就越大，这就是X射线和γ射线很厉害的缘故。

光子是如何产生的？

光是电磁波，组成电磁波的是光子流。在量子力学里面，光子既是一粒一粒的微小粒子，又是声波一样的波，具有波动性，因此具有波粒二象性。光子的粒子性通过光电效应得到证明；而其波动性通过光子衍射得到证明。

根据麦克斯韦电磁场理论，光子是电磁场激发出来的。任何原子的外围都有电子，这些电子可以处在不同的能级。当电子得到受到一定能量激发，就会跃迁到更高能级。但这种跳出自己能级的运动有点像人们离开了家，在外漂泊感到不安全也不稳定，于是就总想着回家。作为电子来说，就是回到自己的低能级，从高到低也叫跃迁。要做到这一点，就像人们回家要买车票一样，电子就要释放出一个光子。

当大量的电子做这种运动时，就像春节前后的春运，来来回回就释放出很多光子。这些光子一出生，由于没有静质量，就停不下来，以每秒约3万千米的速度狂奔，如果没有阻挡，它们就一直奔下去。光子有个特点，它们奔跑起来目不旁视，勇往直前，即便再浓密的光子，也相互不会影响。只有路途遇到电子阻挡碰撞时，才会相互发生作用，光就会衰减。

太阳光、星光、白炽灯光、日光灯光、LED灯光、烛光、X光、γ光、无线电、微波、红外形、紫外线等等，所有看得见和看不见的光，也就是电磁波，都是这样发出来的。

结论：光是由光子组成的能量流，具有波粒二象性，光子没有静止质量，也就是无法静止下来，因此一出生就是以光速前行。光的行进路线是直线，不会拐弯，但会被其他带电物质反射、折射、衍射、吸收。

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